PCB設(shè)計趨勢是往輕薄小方向發(fā)展。除了高密度的電路板設(shè)計之外，還有軟硬結(jié)合板的三維連接組裝這樣重要而復(fù)雜的領(lǐng)域。軟硬結(jié)合板又叫剛?cè)峤Y(jié)合板。隨著FPC的誕生與發(fā)展，剛?cè)峤Y(jié)合線路板（軟硬結(jié)合板）這一新產(chǎn)品逐漸被廣泛應(yīng)用于各種場合。因此，軟硬結(jié)合板，就是柔性線路板與傳統(tǒng)硬性線路板，經(jīng)過諸多工序，按相關(guān)工藝要求組合在一起，形成的同時具有FPC特性與PCB特性的線路板。它可以用于一些有特殊要求的產(chǎn)品之中，既有一定的撓性區(qū)域，也有一定的剛性區(qū)域，對節(jié)省產(chǎn)品內(nèi)部空間，減少成品體積，提高產(chǎn)品性能有很大的幫助。

柔性板的材料

俗話說：“工欲善其事，必先利其器”，所以在考慮一個軟硬結(jié)合板的設(shè)計及生產(chǎn)工藝時，做好充分的準(zhǔn)備是非常重要的。但這需要一定專業(yè)知識以及對所需物料特性的了解，軟硬結(jié)合板所選用的材料直接影響后續(xù)生產(chǎn)工藝及其性能。

對于硬板（Rigid）的材料大家都比較熟悉，經(jīng)常會用到FR4類型的材料。但用于軟硬結(jié)合的硬板材料也需要考慮到諸多要求。需要宜于粘牢，良好的耐熱性，以保證受熱后剛撓結(jié)合部分伸縮度一致而不變形。一般廠商采用樹脂系列的剛性板材料。

對于軟板（Flex）材料，選擇尺寸漲縮較小的基材和覆蓋膜。一般采用較硬的PI制造的材料，也有直接使用無膠基材進行生產(chǎn)的。軟板材料如下所示：

基材（Base Material）：FCCL(Flexible Copper Clad Laminate)

聚酰亞胺PI。Polymide：Kapton(12.5um/20um/25um/50um/75um)。柔曲度好，耐高溫（長期使用溫度為260°C，短期內(nèi)耐400°C），高吸濕性，良好的電氣特性和機械特性，抗撕裂性好。耐氣候性和化學(xué)藥品性好，阻燃性好。聚酯亞胺(PI)的使用最廣泛。其中80%都是美國DuPont公司制造。

聚酯PET。Polyester(25um/50um/75um)。廉價，柔曲度好，抗撕裂?？估瓘姸鹊葯C械特性和電氣特性好，良好的耐水性和吸濕性。但受熱后收縮率大，耐高溫性欠佳。不適合于高溫錫焊，熔點250°C，比較少用。

覆蓋膜(Coverlay)

覆蓋膜主要作用是對電路起保護作用，防止電路受潮，污染以及防焊。覆蓋膜厚度From1/2mil to 5 mils（12.7 to 127um）。

導(dǎo)電層(Conductive Layer）分壓延銅(Rolled Annealed Copper)，電解銅(Electrodeposited Copper）和銀濺射/噴鍍(Silver Ink)這幾種方式。其中電解銅晶體結(jié)構(gòu)粗糙，不利于精細(xì)線路良率。壓延銅晶體結(jié)構(gòu)平滑，但與基膜粘結(jié)力差?？蓮耐庥^上區(qū)分點解和壓延銅箔。電解銅箔呈銅紅色，壓延銅箔呈灰白色。

輔助材料和加強板(Additional Material&Stiffeners)。軟板上局部區(qū)域為了焊接元器件或增加補強以便安裝而另外壓合上去的硬質(zhì)材料。補強膠片可用FR4，樹脂板，感壓膠，鋼片鋁片補強等。

不流動/低流膠的半固化片(Low Flow PP)。用于軟硬結(jié)合板的層壓(Rigid and Flex Connection)，通常是非常薄的PP。一般有106(2mil)，1080(3.0mil/3.5mil)，2116(5.6mil)這些規(guī)格。

剛?cè)峤Y(jié)合板的結(jié)構(gòu)形式

剛?cè)峤Y(jié)合板是在柔性板上再粘一個或兩個以上的剛性層，是的剛性層上的電路與柔性層上的電路通過金屬化相互連通。每塊剛?cè)峤Y(jié)合板有一個或多個剛性區(qū)和一個柔性區(qū)。如下所示為簡單的剛性與撓性板的結(jié)合，層數(shù)多于一層。

另外，一塊撓性板與幾塊剛性板的結(jié)合，幾塊撓性板與幾塊剛性板的結(jié)合，采用鉆孔，鍍覆孔，層壓工藝方法實現(xiàn)電氣互連。根據(jù)設(shè)計需要，使得設(shè)計構(gòu)思更加適合器件的安裝和調(diào)試以及焊接作業(yè)。確保更好地發(fā)揮剛?cè)峤Y(jié)合板的優(yōu)點與靈活性。這種情況比較復(fù)雜，導(dǎo)線層多于兩層。如下所示：

層壓是將銅箔，P片，內(nèi)存撓性線路，外層剛性線路壓合成多層板。剛撓結(jié)合板的層壓與只有軟板的層壓或剛性板的層壓有所不同。即要考慮撓性板在層壓過程中的形變又要考慮剛性板的表面平整性。因此，除材料選擇之外，在設(shè)計的過程中需要考慮到剛性板的厚度合適，為保證剛撓部分的漲縮率一致不會出現(xiàn)翹曲。實驗證明0．8~ 1．0mm厚度較為適宜。同時，要注意剛性板和柔性板離開結(jié)合部位的一定距離放置過孔，以便不會對剛撓結(jié)合部分產(chǎn)生影響。

剛?cè)峤Y(jié)合板生產(chǎn)流程

大家都知道軟硬結(jié)合板是FPC與PCB的組合，軟硬結(jié)合板的生產(chǎn)應(yīng)同時具備FPC生產(chǎn)設(shè)備與PCB加工設(shè)備。首先，由電子工程師根據(jù)需求畫出軟性結(jié)合板的線路與外形，然后，下發(fā)到可以生產(chǎn)軟硬結(jié)合板的工廠，經(jīng)過CAM工程師對相關(guān)文件進行處理、規(guī)劃，然后安排FPC產(chǎn)線生產(chǎn)所需FPC、PCB產(chǎn)線生產(chǎn)PCB，這兩款軟板與硬板出來后，按照電子工程師的規(guī)劃要求，將FPC與PCB經(jīng)過壓合機無縫壓合，再經(jīng)過一系列細(xì)節(jié)環(huán)節(jié)，最終制程軟硬結(jié)合板。

以Motorola 1+2F+1 Mobile Display&Side Keys這款4層板（兩層硬板兩層軟板）為例。該板制版要求是HDI設(shè)計，BGA間距0.5mm。軟板厚度25um有IVH(Interstitial Via Hole局部層間導(dǎo)通孔)孔設(shè)計。整板厚度：0.295+/-0.052mm。內(nèi)層LW/SP為3/3mil。

剛?cè)峤Y(jié)合版的設(shè)計規(guī)則注意事項

剛?cè)峤Y(jié)合板在設(shè)計方面比傳統(tǒng)意義的PCB設(shè)計要復(fù)雜得多，并且，需要注意的地方也特別多。特別是剛撓過渡區(qū)域，以及相關(guān)的走線，過孔等設(shè)計方面，都需要遵循相應(yīng)的設(shè)計規(guī)則的要求。

1.過孔位置

在動態(tài)使用情況下，特別是經(jīng)常對軟板進行彎折的時候，軟板上的過孔是盡量需要避免的，這些過孔很容易被損壞折裂。不過在軟板上的加強區(qū)域還是可以打孔的，但也要避開加強區(qū)域的邊沿線附近。因此，在軟硬結(jié)合板設(shè)計中打孔的時候要避開結(jié)合區(qū)域一定的距離。如下圖所示。

對于過孔與軟硬結(jié)合區(qū)的距離要求，設(shè)計上需遵循的規(guī)則為：

應(yīng)保存至少50mil的距離，高可靠性應(yīng)用場合要求至少70mil。

絕大多數(shù)加工廠家不會接受低于30mil的極限距離。

對于軟板上的過孔遵循同樣規(guī)則。

此為軟硬結(jié)合板中最重要的一條設(shè)計規(guī)則必須遵守。

2. 焊盤和過孔的設(shè)計

焊盤和過孔在符合電氣要求的情況下，贏取最大值，焊盤與導(dǎo)體之間連接處采用圓滑的過渡線，避免直角。獨立的焊盤應(yīng)加盤趾，以加強支撐作用。

在軟硬結(jié)合板設(shè)計中，過孔或焊盤很容易被損壞。要減少這種風(fēng)險需要遵循的規(guī)則：

焊盤或過孔的助焊層露銅圈，越大越好。

過孔走線盡量添加淚滴，增加機械支撐作用。

添加盤趾，加固作用。

3. 走線設(shè)計

在撓性區(qū)(Flex)若有不同層上的走線，盡量避免一根線在頂層，另一根線在底層它的相同路徑。這樣在軟板彎折的時候，上下兩層的走線銅皮的受力不一致，容易造成線路的機械損壞。而應(yīng)該錯落開來，將路徑交叉排列。

在撓性區(qū)(Flex)的走線設(shè)計要求最好走圓弧線，而非角度線。與硬板(Rigid)區(qū)的建議相反。這樣可以保護柔性板部分線路在彎折時不易折損。線路也要避免突然的擴大或縮小，粗細(xì)線之間采用淚滴形弧線連接。

4.鋪銅設(shè)計

對于增強柔性板的靈活彎折來講，鋪銅或平面層最好采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。但是對于阻抗控制或其他的應(yīng)用來講，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)在電氣質(zhì)量上又差強人意、所以，設(shè)計師在具體的設(shè)計中需要根據(jù)設(shè)計需求兩害取其輕合理判斷，是使用網(wǎng)狀銅皮還是實心銅。不過對于廢料區(qū)，還是盡可能設(shè)計多的實心鋪銅。如下圖所示。

5. 鉆孔與銅皮的距離

這個距離是指一個孔與銅皮之間的距離，我們叫“孔銅距”。軟板材料與硬板所用材料不同，以至于太緊的孔銅距離很難處理。一般的說，標(biāo)準(zhǔn)的孔銅距應(yīng)該是10mil。

對于剛?cè)峤Y(jié)合區(qū)來說，最重要的兩個距離一定不能忽視。一個是這里所說的孔銅距(Drill to Copper)，遵循10mil的最低標(biāo)準(zhǔn)。另一個是之前所說的孔到軟板邊沿的距離(Hole to Flex)，一般推薦50mil。

6. 剛?cè)峤Y(jié)合區(qū)的設(shè)計

在剛?cè)峤Y(jié)合區(qū)，軟板最好設(shè)計在層棧的中間與硬板進行連接。而軟板的過孔在剛?cè)峤Y(jié)合區(qū)就被認(rèn)為是埋孔。剛?cè)峤Y(jié)合區(qū)需要注意的地方如下：

線路要平緩過渡，線路的方向應(yīng)與彎曲的方向垂直。

導(dǎo)線應(yīng)在整個彎曲區(qū)內(nèi)均勻分布。

在整個彎曲區(qū)內(nèi)，導(dǎo)線的寬度應(yīng)達到最大化。

剛撓過渡區(qū)盡量不采用PTH設(shè)計。

7. 剛?cè)峤Y(jié)合板彎折區(qū)的彎折半徑

剛?cè)峤Y(jié)合板的撓性彎折區(qū)應(yīng)能耐100,000次撓曲而無斷路、短路、性能降低或不可接受的分層現(xiàn)象。耐撓曲性采用專用設(shè)備，也可采用等效的儀器測定，被測試樣應(yīng)符合有關(guān)技術(shù)規(guī)范要求。在設(shè)計上，彎折半徑應(yīng)如下圖所示為參考。彎折半徑的設(shè)計應(yīng)該與撓性彎折區(qū)的軟板厚度，軟板層數(shù)有關(guān)。簡單的參考標(biāo)準(zhǔn)為R=WxT。T為軟板總厚。單面板W為6，雙面板12，多層板24。所以單面板的最小彎折半徑為6倍板厚，雙面板為12倍板厚，多層板為24倍板厚。統(tǒng)統(tǒng)不應(yīng)小于1.6mm。

總之，對于軟硬結(jié)合板的設(shè)計方面，特別重要的是關(guān)于撓性電路板設(shè)計。撓性板設(shè)計時要求考慮撓性板的基材、粘結(jié)層、銅箔、覆蓋層和增強板及表面處理的不同材質(zhì)、厚度和不同的組合，還有其性能，如剝離強度、抗撓曲性能、化學(xué)性能、工作溫度等。特別要考慮所設(shè)計的撓性板的裝配和具體的應(yīng)用。這方面設(shè)計規(guī)則具體可參考IPC標(biāo)準(zhǔn)：IPC-D-249和IPC-2233。

另外對于軟板加工精度，國外加工精度：線寬：50μm，孔徑：0.1mm，層數(shù)10層以上。國內(nèi)：線寬：75μm，孔徑：0.2mm，層數(shù)4層。這些都需要在具體設(shè)計時加以了解和參考。

責(zé)任編輯：lq